Механизм Уатта — это тип механического механизма, изобретенного Джеймсом Уаттом , в котором центральная движущаяся точка механизма ограничена движением по почти прямой траектории . Уатт описал механизм в своей патентной спецификации 1784 года для паровой машины Уатта .
Сегодня он используется в автомобильных подвесках , где играет ключевую роль в кинематике подвески , т. е. в ее свойствах движения, ограничивая движение оси транспортного средства почти вертикальным перемещением, а также ограничивая горизонтальное перемещение.
Связь Уатта состоит из трех стержней, соединенных болтами в цепь. Цепь стержней состоит из двух конечных стержней и среднего стержня. Средний стержень прикреплен болтами на каждом из своих концов к одному из концов каждого внешнего стержня. Два внешних стержня имеют одинаковую длину и длиннее среднего стержня. Три стержня могут поворачиваться вокруг двух болтов. Внешние концы длинных стержней зафиксированы на месте относительно друг друга, но в остальном три стержня могут свободно поворачиваться вокруг двух соединений, где они встречаются.
В анализе связей есть воображаемый стержень фиксированной длины, соединяющий внешние конечные точки. Таким образом, связь Уатта является примером четырехзвенной связи .
Его истоки содержатся в письме, которое Уатт написал Мэтью Болтону в июне 1784 года.
Я получил представление о методе, позволяющем заставить шток поршня двигаться вверх и вниз перпендикулярно, просто закрепив его на куске железа на балке, без цепей или перпендикулярных направляющих [...], и об одном из самых гениальных простых механических устройств, которые я изобрел. [2]
Контекст инноваций Уатта был описан К. Г. Гибсоном:
Этот тип связи является одним из нескольких типов, описанных в патентной спецификации Уатта от 28 апреля 1784 года. Однако в своем письме Болтону он на самом деле описывал разработку связи, которая не была включена в патент. Немного более поздняя конструкция, названная связью параллельного движения , привела к более удобной и экономящей пространство конструкции, которая фактически использовалась в его возвратно -поступательном и роторном двигателях с балкой . [4]
Эта связь не создает истинного прямолинейного движения, и Уатт, конечно, не утверждал, что это так. Скорее, она вычерчивает кривую Уатта , лемнискату или кривую в форме восьмерки; когда длины ее стержней и ее основания выбраны так, чтобы образовать перекрещенный квадрат , она вычерчивает лемнискату Бернулли . [5] В письме к Боултону от 11 сентября 1784 года Уатт описывает связь следующим образом.
Выпуклости арок, лежащие в противоположных направлениях, имеют определенную точку в соединительном рычаге, которая имеет очень мало ощутимых отклонений от прямой линии.
Хотя связь Поселье–Липкина , инверсор Харта и другие прямолинейные механизмы генерируют истинное прямолинейное движение, связь Уатта имеет преимущество в виде гораздо большей простоты, чем эти другие связи. В этом отношении она похожа на связь Чебышева , другую связь, которая производит приблизительно прямолинейное движение; однако в случае связи Уатта движение перпендикулярно линии между двумя ее конечными точками, тогда как в связи Чебышева движение параллельно этой линии.
Более ранние двигатели с одинарной балкой использовали цепь для соединения поршня с балкой, и это работало удовлетворительно для откачки воды из шахт и т. д. Однако для вращательного движения связь, которая работает как на сжатие, так и на растяжение, обеспечивает лучшую конструкцию и позволяет использовать цилиндр двойного действия . Такой двигатель включает поршень, на который попеременно действует пар с двух сторон, что удваивает его мощность. Связь, фактически использованная Уаттом (также изобретенная им) в его более поздних двигателях с вращающейся балкой, называлась связью параллельного движения , развитием «связи Уатта», но использующей тот же принцип. Поршень двигателя прикреплен к центральной точке связи, что позволяет ему воздействовать на две внешние балки связи как толканием, так и вытягиванием. Почти линейное движение связи позволяет этому типу двигателя использовать жесткое соединение с поршнем, не вызывая застревания поршня в его содержащем цилиндре. Такая конфигурация также обеспечивает более плавное движение балки, чем двигатель одинарного действия, что упрощает преобразование ее возвратно-поступательного движения во вращение. [4] [6]
Пример связи Уатта можно найти на штоке поршня высокого и среднего давления двигателей Crossness 1865 года . В этих двигателях шток поршня низкого давления использует более традиционную связь параллельного движения , но шток высокого и среднего давления не соединяется с концом балки, поэтому нет необходимости экономить место.
Тяга Уатта используется в задней оси некоторых автомобильных подвесок как усовершенствование тяги Панара , которая была разработана в начале двадцатого века. Оба метода предназначены для предотвращения относительного бокового движения между осью и кузовом автомобиля. Тяга Уатта гораздо ближе приближается к вертикальному прямолинейному движению, и она делает это, последовательно размещая центр оси на продольной центральной линии транспортного средства, а не по направлению к одной из сторон транспортного средства, как это было бы в случае использования простой тяги Панара. [7]
Он состоит из двух горизонтальных стержней одинаковой длины, установленных с каждой стороны шасси. Между этими двумя стержнями присоединен короткий вертикальный стержень. Центр этого короткого вертикального стержня — точка, которая ограничена в прямолинейном движении — установлен в центре оси. Все точки поворота могут свободно вращаться в вертикальной плоскости.
В некотором смысле, связь Уатта можно рассматривать как две тяги Панара, установленные друг напротив друга. Однако в конструкции Уатта противостоящие криволинейные движения, создаваемые поворотными тягами Панара, в значительной степени уравновешивают друг друга в короткой вертикальной вращающейся штанге.
Тяга может быть инвертирована, в этом случае центр P крепится к кузову, а L1 и L3 крепятся к оси. Это уменьшает неподрессоренную массу и немного меняет кинематику. Такая компоновка использовалась на австралийских суперкарах V8 до конца сезона 2012 года.
Связь Уатта может также использоваться для предотвращения перемещения оси в продольном направлении автомобиля. Это применение включает в себя две связи Уатта с каждой стороны оси, установленные параллельно направлению движения, но в гоночных системах подвески чаще используется только одна связь с 4 стержнями.
